The methods of observation of nanotubes Transmission Microscopy

The methods of observation of nanotubes

 Transmission Microscopy

The essential tool to observe the nano structure is transmission electron microscopy. The operating principle is quite simple, we will send radiation on the object to observe and build the image using a microscope (lens system for focusing the radiation used.)
The resulting image will be directly related to the radiation that is going to send, this radiation is a wave whose power of resolution (minimum size objects observable) will depend on the wavelength of the radiation sent.
Example: Photons of visible light:
 = 400nm, R = 1 micron (R is the resolution)
Thus we see, albeit with a beam of visible light it is not possible to observe structures at atomic dimensions.
The solution to be able to observe nanostructures has been found by E. Ruska 1937 who designed the first microscope in transmission using high-energy electrons  0.001 nm.
The general lines of transmission microscope is constructed as an optical microscope but here we will be interactions between the electrons and the material used so that you can get different types of information as possible:

• Morphologies and microstructures of micron nm

• Arrangement of atoms: crystal structure and defects

• Spatial distribution of chemical elements (spectroscopy) (mapping and chemical profiles)

However, one must always remember that the images obtained with a microscope transmission are the result of a projection along the direction of beam propagation and the depart of a 3D structure yields a structure (2D)

And here is the type of image one gets when considering such a multiwalled nanotube:

TEM image obtained







When viewing tube is made perpendicular to the axis, the image is a set of equidistant lines corresponding to the projection of rows of tubes. This method allows to study in detail the architecture of interlacing bundles and tube connections, but does not determine their helicity.
5.2 Surface Microscopy
This technique relies on using the microscope scanning tunneling (STM scanning tunneling microscopy. This technique was developed in the early 1980s by Gerd Binnig and Heinrich Roher at IBM Zurich and earned them the Nobel Prize is 1986.Elle bringing a metallic tip (made of platinum and iridium) consisting of only a few atoms at its end, very very close to a conductive surface and apply a few volts potential between the tip and the surface. The lack of contact directly between the tip and the surface forces the electrons to traverse the void to establish the current between two conductors. This remarkable property called tunneling is very sensitive to the separation between the tip and the surface, the tunneling current exponentially with decreasing distance. piezoelectric reader, a measuring instrument, assesses the least variation with an accuracy of 0.1angstrom, smaller than an atom! The system is connected to a computer that reconstructs the information and gives an image of the surface. This technique, for example, characterized at the atomic scale topography of a metal surface by analyzing when scanning the surface vertical displacement of the point required for the measurement of a constant current.

Tunneling microscope
6 Applications
Miniaturization is a goal constantly searching the man. But also because at this scale nanotubes have physical and chemical properties that can be very different from those we know. Nanobiotechnology, medicine (pharmaceuticals), space activities, environment, industry, construction, various industries (textile packaging etc..) Computer.
6.1 Nanobiotechnology

Carbon nanotubes are insoluble in organic solvents and water, which restricts, at present, considerably their field of use. However, when carbon nanotubes are mixed and stirred with a detergent, they disperse and form stable suspensions. The detergent molecules stick together on the surface of the nanotubes self-organize in the form of rings or spirals. But the stability of these assemblies, however, remains limited.
Afin de voir si d'autres molécules lipidiques pouvaient s'adsorber et s'auto-organiser sur les nanotubes de carbone en formant des assemblages plus stables, les chercheurs ont conçu et synthétisé de nouveaux réactifs. Ces derniers forment des « bagues » lipidiques constituées de structures supramoléculaires hemi-cylindriques. Leur stabilité dépend de la longueur et du nombre de chaînes carbonées des réactifs lipidiques qui les constituent. Ces bagues permettent également de fixer des protéines à la surface des nanotubes. Un tel assemblage organique stable constitue une méthode simple et efficace pour rendre fonctionnel des nanotubes par des réactifs chimiques. La structure supramoléculaire ainsi obtenue permet d'envisager de nombreuses applications dans le domaine des nanobiotechnologies: elle pourrait servir à l'élaboration de détecteurs moléculaires pour le dosage des molécules de l'organisme. Elle pourrait également permettre la fabrication de nouveaux vecteurs de composés hydrophobes, notamment de médicaments complexes. D'autres utilisations sont aussi envisagées comme par exemple une nanoboîte pour transporter un médicament, remplacer certains tissus, nanosondes, etc..

• Informatique

Des chercheurs se sont aperçus que des molécules avaient les propriétés de certains éléments de circuit. En fait un nanotube de carbone peut se comporter comme un transistor. L'intérêt, et un des défauts de ces éléments, est que contrairement aux matériaux de plus grande taille, leurs propriétés varient de façon non-linéaire, mais tout de même régulière. Autrement dit, le nombre d'atomes qui compose la macromolécule détermine si le matériau est conducteur ou non ou le simple fait de le plier légèrement influencera de beaucoup ses propriétés. Cela découle du fait que ces nanotubes sont soumis aux lois de la mécanique quantique. Les nanotubes sont fabriqués en brûlant du carbone à très haute température et en faisant baisser, par la suite, la température et la pression de façon brutale. Ce procédé produit des feuilles qui sont roulées pour faire de petits tubes. Cela est rendu possible par le fait que le carbone sous la forme de graphite est constitué de minces couches d'atomes disposés en hexagone et que ces couches glissent facilement les unes par rapport aux autres. Ces nanotubes sont perçus comme les remplaçants du transistor, car ils sont environ 100 fois plus rigides que l'acier et que leurs propriétés conductrices varient de conducteur à semi-conducteur. Les nanotubes de carbone ne sont évidemment qu'une des applications de l'électronique moléculaire. Des composants autres que les transistors peuvent être reproduits à l'échelle moléculaire, comme des diodes, des interrupteurs, etc. Les applications en informatique de cette technologie sont évidentes. Le transistor composé d'un nanotube de carbone permet d'économiser beaucoup d'espace, consomme moins d'énergie et l'information y circule beaucoup plus rapidement étant donné sa petite taille.

• le microscope à effet tunnel et l'optique

Le microscope à effet tunnel a beaucoup contribué à étudier le nanotube de carbone. On déplace une pointe très fine au-dessus de la surface à analyser. Les images sont générées par les électrons qui passent de la pointe à la surface. La pointe est sensible au changement de la surface et on peut aisément distinguer les changements de surface et les défauts de celle-ci. Cette technologie a beaucoup évolué dernièrement et permet maintenant de déplacer des atomes et de briser les liaisons entre ceux-ci.

Des applications optiques se sont aussi développées telles que les nanofeuilles de verre envisagés dans le domaine des disques optiques. La densité d'informations pourrait être multipliée par 4, mettant en œuvre le dépôt d'oxyde de cobalt sur la surface du disque. Il ya aussi les nano-cristal avec des propriétés optiques particulières, etc..